[論文レビュー] Fast Electronics for the Dafne Transverse Feedback Systems

A. Drago, A. Argan+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2001

Radio Frequency Integrated Circuit Design参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、368 MHzのサンプリングとデジタル信号処理装置（DSP）を用いた高速デジタル横方向フィードバックシステムを、DAFNE加速器に適用し、バッチごとのリアルタイム補正を可能にした。このシステムは、全速動作での8ビットデータ処理を実現し、各バッチごとに符号の反転またはゼロ出力を選択可能としており、垂直方向および水平方向の結合バッチ不安定性を抑制する高精度なアナログ補正信号を供給する。

ABSTRACT

Transverse feedback systems for controlling the vertical coupled-bunch instabilities in the positron and electron main rings are installed at DAFNE. They started to be operative respectively from June and September 2000. For the horizontal plane, similar systems have been installed in summer 2001 with less kicker power. Design specifications and the basic system concepts are presented. Real time bunch-by-bunch offset correction is implemented using digital signal processors and dual-port RAM's. Fast analog to digital sampling is performed at the maximum bunch frequency (368 MHz). The system manages at full speed a continuous flow of 8-bits data and it has the capability to invert the sign or put to zero the output for any combination of bunches. A conversion from digital to analog produces the output correcting signal.

研究の動機と目的

• DAFNE陽電子リングおよび電子リングにおける垂直方向の結合バッチ不安定性を、横方向フィードバックシステムにより抑制すること。
• キッカー出力の低減を実現しつつ、水平方向のフィードバック機能を拡張すること。
• 368 MHzの全バッチ周波数でリアルタイムのバッチごとの補正を達成すること。
• 高速で8ビットデータストリームを処理できる電子回路を設計し、各バッチごとに信号を操作可能にすること。
• 任意のバッチの組み合わせに対して信号の符号反転または出力ゼロ化を可能にし、高精度な補正を実現するシステムを実装すること。

提案手法

• バッチごとのビーム位置データをリアルタイムで処理するためにデジタル信号処理装置（DSP）を用いる。
• 368 MHzの高帯域幅データフローを8ビット解像度で効率的に管理するために、デュアルポートRAMを採用する。
• 最大バッチ周波数（368 MHz）で高速なアナログ-デジタル変換を実行し、リアルタイムでビーム位置を捉える。
• フィードバック論理に基づき、任意の選択されたバッチに対して符号反転またはゼロ出力を実行するデジタル信号処理を実施する。
• 処理済みのデジタル信号をデジタル-アナログコンバータ（DAC）を用いてアナログ信号に変換し、補正信号を生成する。
• キッカーマグネットとフィードバックシステムを統合し、垂直方向および水平方向の両方の平面に補正キックを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高強度粒子加速器（DAFNEを含む）における横方向ビーム不安定性は、どのようにして効果的に抑制できるか？
• RQ2 368 MHzのサンプリングレートでリアルタイムのバッチごとのフィードバックを実現するための最適な電子回路アーキテクチャは何か？
• RQ3 デジタル信号処理を用いて、個々のバッチごとに補正信号をどのように選択的に操作できるか？
• RQ4 高速フィードバックシステムにおける高速アナログ-デジタル変換およびデジタル-アナログ変換の性能限界は何か？
• RQ5 キッカー出力要件が異なる垂直方向および水平方向の両平面に適応可能な、同一のフィードバックシステムアーキテクチャは実現可能か？

主な発見

• 横方向フィードバックシステムは、DAFNE陽電子リングおよび電子リングにおける垂直方向の結合バッチ不安定性を正常に抑制した。それぞれ2000年6月および9月に稼働を開始した。
• システムは368 MHzの全速動作を達成し、8ビットデータを継続的に処理し、各バッチごとの信号符号および振幅をリアルタイムで制御した。
• DSPとデュアルポートRAMの使用により、処理のボトルネックを回避し、高帯域幅データストリームを効率的に処理できた。
• 任意のバッチの組み合わせに対して信号の符号反転または出力ゼロ化が可能であり、高精度な補正戦略の実現が確認された。
• 水平方向のフィードバックシステムは2001年夏に実装され、設計のスケーラビリティが裏付けられた。
• 本システムはICALEPCS 2001に提出・発表され、会議プログラム（eConf C011127, WEAP048）に掲載された。